南京中貝資訊：電子工業發展對電子產品的性能要求越來越高，電子元器件正朝著小型化、低間距化、高度集成化的方向發展。隨著相鄰導體之間的間距變小，印刷電路板(PCB)上的殘留物和其他污染物問題對PCB可靠性的影響越來越突出。盡管傳統的表面貼裝技術(SMT)很好地利用了低殘留免清洗的焊接工藝，在高可靠性產品中，產品結構致密化和零部件組裝小型化，選擇不當的清洗可能導致的產品故障增多，越來越難以達到合適的清洗等級。本文將簡要討論污染物殘留對PCB焊點的影響以及清潔方面的一些問題。
污染物殘留對PCB焊點的影響
1.電化學遷移
電化學遷移，簡稱ECM，是指離子在電磁場的影響下，借助一些介質如磁通殘留物的遷移。對于PCB產品來說，隨著環境濕度的變化，助焊劑殘渣中的一些離子污染物如活性劑、鹽分等會變成電解質，導致焊點的特性發生變化。這些PCB在工作時，在應力電壓的情況下，焊點之間可能會發生短路，造成間歇性故障，降低PCB的可靠性。
這個過程由三個步驟組成：導路形成、初始化和樹枝狀晶體生成。導路的形成始于金屬離子在電解液中的溶解，電解液是一種弱酸，由助焊劑中的氯和溴殘留物與空氣中的水結合形成。當金屬溶解在弱酸中時，會產生金屬離子。因此，必須要求包括離子殘留、電壓偏差和濕度在內的因素來實現電化學有效性的機制。此外，電化學效率還受溫度、濕度、報價、導體材料、導體間距、污染物類型和數量的影響。
2.爬行腐蝕
爬行腐蝕是指PCB表面產生銅或銀的硫化物結晶的現象。與電化學遷移不同，只要環境中存在污染源和水分即可導致爬行腐蝕，無需電壓差。當空氣中的硫與PCB上的銅或銀結合時，會生成硫化銅或硫化銀。這些化合物如硫化銅和硫化銀會向任何方向生長，使細引線開路或間距引線之間出現短路，*終導致PCB質量變差。隨著PCB尺寸變得更小和組件小型化，這種腐蝕的風險肯定會提高。
爬行腐蝕主要發生在工控電子和航空航天領域，因為其環境空氣中存在較多的污染氣體。另一個原因在于以前的PCB表面采用了噴錫工藝(HASL)，其外部銅箔由錫鉛保護。然而，隨著無鉛工藝的發展，含銅或銀的材料被用于PCB制造、焊接和電鍍。一旦在焊接過程中潤濕達不到等級，就會有一些銅或銀暴露在空氣中，當環境因潮濕的影響而變壞時，爬行腐蝕的風險就會大大增加。
3.錫須
錫須是專業人士主要關心的問題。通過大量基于錫須產生的化學和物理參數的研究，*指出，含錫的合金在高溫高濕的作用下會與其他金屬一起擴散，這將有助于金屬間化合物(IMC)的形成。
在這種情況下，隨著錫層電壓應力的快速增加，錫離子沿晶界擴散，形成錫晶須，增加短路風險。所以在回流焊過程中，當錫合金凝固時，錫膏中流出的助焊劑中的一些鹵化物和溴化物起到離子污染物的作用，導致大量錫晶須的產生。此外，錫須容易受到離子污染程度的影響。
污染物分類
PCB焊接后的殘留物根據化學性質，主要分為以下三類：
1、極性污染物，主要為鹵素活化劑、手汗中的鹽分、酸等。
2、非極性污染物，主要為松香、樹脂、油脂等
3、物理顆粒污染物，主要是灰塵、反應性產物(不溶物)、焊錫小球等。
清潔工藝設備及清潔標準
PCB清洗中通常使用三種清洗工藝：溶劑清洗、半水基清洗和水基清洗。溶劑清洗是指使用溶劑型介質清洗PCB的過程。在這個過程中，干燥是在獨立的設備中進行的。半水基清洗是使用稀釋溶液清洗PCB，用去離子水將PCB漂洗，以去除PCB上的助焊劑和其他污染物。水洗是指PCB只純水清洗的過程。根據電子產品的性能要求以及殘留物的特性，選擇合適的清洗工藝，大大提高PCB的可靠性。
目前清洗設備主要分為在線式和批量式，清洗方法有超聲波、噴霧、浸泡、噴射、鼓泡等。普通清洗方法是通過噴霧或汽相進行，輔以一些機械清洗方法，如攪拌、旋轉等。
不同的清潔對象有不同的清潔標準。因此，不同的產品具有不同的使用環境、使用壽命和不同的技術參數，因此合適的清潔標準必須與相關行業和產品特性相適應是合理的。根據原IPC標準，一般清潔判定標準為：離子污染物<1.56μgNaCl/cm2，表面絕緣電阻SIR≥1010Ω(新標中，可自定義接受值)。
總而言之，只要充分了解PCB焊點失效機理，考慮到殘留物的不良影響，根據清洗工藝設計選擇合適的清洗溶劑和方法，物理化學失效風險就會大大降低，PCB的可靠性將得到提高。
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